穆迪，李清雪，陶建華，趙海萍，聶紅濤

（1.河北工業(yè)大學(xué) 海水資源高效利用化工技術(shù)教育部工程研究中心，天津 300130；2.河北工程大學(xué) 分析測試中心，河北 邯鄲 056038；3.天津大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300072）

近年來，隨著一些海域富營養(yǎng)化和赤潮問題的加劇，以及利用海洋生物泵吸收CO2緩解溫室效應(yīng)問題的升溫，營養(yǎng)鹽對(duì)于浮游植物的限制作用再次成為海洋學(xué)研究的熱點(diǎn)（劉慧等，2002）。加富培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)直觀、可操作性強(qiáng)，接近于自然狀況，是研究營養(yǎng)鹽限制特性的常用方法之一（蒲新明等，2000）。在我國，這項(xiàng)研究始于20世紀(jì)末，研究海域主要集中在黃渤海、東海近海海域（鄒立等，2001；王勇等，1999；劉媛等，2004）、臺(tái)灣海峽（王玉玨等，2008；胡俊等，2008）及膠州灣（王勇等，2002）、大亞灣（王曉偉等，2007）等海域，結(jié)果表明，氮和磷是這些海域主要的限制性營養(yǎng)鹽，但具體的限制類型又體現(xiàn)了較大的時(shí)空差異性。目前這類實(shí)驗(yàn)的目的主要還是營養(yǎng)鹽限制類型的判定，對(duì)培養(yǎng)條件生態(tài)影響的研究則較少。氮磷比是影響浮游植物生長的重要因素之一（Hodgkiss et al，1997），各種浮游植物對(duì)氮磷營養(yǎng)鹽的需求不同，一個(gè)海域的最適宜氮磷比通常具有特異性，Redfield比只是一個(gè)平均水平（Hecky et al，1988），但以往的多因素培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)多是基于Redfield比進(jìn)行設(shè)計(jì)，沒有對(duì)所研究海域的最適宜氮磷比進(jìn)行定量分析并加以考慮。唐松（2010）在印度洋進(jìn)行氮、磷、鐵加富的現(xiàn)場培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，分析了實(shí)驗(yàn)過程中氮磷比與浮游植物生長之間的關(guān)系，認(rèn)為二者相關(guān)性不大，氮磷比不能單獨(dú)決定浮游植物的生長，但該實(shí)驗(yàn)是在相對(duì)獨(dú)立、加富條件差異較大的培養(yǎng)組間進(jìn)行的，此時(shí)營養(yǎng)鹽的絕對(duì)濃度影響更大，對(duì)于氮磷比的作用還需在相對(duì)一致的條件下進(jìn)行系統(tǒng)研究。此外，以往的加富培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)采用的多是營養(yǎng)鹽的一次性添加，這種添加方式更接近沖擊性高負(fù)荷排污的情況，并不適合常見的排污情況，對(duì)于不同添加方式的影響應(yīng)予以考慮。雖然王玉玨等（2008）在進(jìn)行臺(tái)灣海峽的研究時(shí)使用了連續(xù)添加，但是沒有對(duì)同等藥量的一次性添加進(jìn)行對(duì)比，從而分析添加方式的影響。

渤海灣位于渤海西部，屬典型的緩坡淤泥質(zhì)半封閉淺海海灣。渤海灣沿岸有海河、永定新河等幾十條河流注入，每年有大量污水入海。該海域水交換能力弱，污染物滯留時(shí)間長，致使該海域污染嚴(yán)重、赤潮頻發(fā)（Tao，2002）。目前，對(duì)于渤海灣內(nèi)營養(yǎng)鹽限制及其相關(guān)特性的調(diào)查研究多是基于水體中溶解無機(jī)營養(yǎng)鹽的現(xiàn)存量進(jìn)行的對(duì)比分析（Zou et al，1985；沈志良，1999；闞文靜等，2010）。這些研究表明，近年來渤海灣近岸海域水體營養(yǎng)鹽的比例和含量發(fā)生了較大變化，進(jìn)一步研究營養(yǎng)鹽比例和含量的變化對(duì)浮游植物生長的影響是十分必要的。

本次研究的主要工作是通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)渤海灣西南部海域典型站位2010年10月的營養(yǎng)鹽限制特性進(jìn)行加富培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)研究。研究的主要內(nèi)容包括營養(yǎng)鹽限制類型的判定，浮游植物對(duì)于不同氮磷比和不同硝酸鹽添加方式的生態(tài)響應(yīng)。本次研究不僅是一次實(shí)驗(yàn)調(diào)查，也是一次實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的嘗試。

1 材料與方法

1.1 采樣方法

采樣站位位于渤海灣西南部（117°49′56″E，38°38′4″N），為渤海灣生態(tài)監(jiān)控區(qū)常規(guī)監(jiān)測站位之一，采樣時(shí)間為2010年10月。采樣時(shí)采集表層水，采樣后用200 μm的篩網(wǎng)輕柔過濾，以濾除大型浮游動(dòng)物，避免攝食干擾。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

水樣采集后，在常溫狀態(tài)下，用汽車迅速運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行混合、分裝和培養(yǎng)，水樣的采集和運(yùn)輸共耗時(shí)6 h左右。每桶初始水量15 L，進(jìn)行營養(yǎng)鹽添加后將桶置于光照培養(yǎng)架上進(jìn)行培養(yǎng)。用空調(diào)對(duì)培養(yǎng)室室溫進(jìn)行了調(diào)節(jié)，日間控制室溫在18℃～20℃左右，夜間利用常溫培養(yǎng)，室溫最低在11℃～13℃左右。光照強(qiáng)度控制在初始水位處光強(qiáng)6 000 lux，明暗周期為12-12 h。光照是影響浮游植物光合作用的重要因素，在海上進(jìn)行現(xiàn)場培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)通常采用自然光照（鄒立等，2001；王勇等，1999；王玉玨等，2008）或維持培養(yǎng)環(huán)境與現(xiàn)場接近（劉媛等，2004；胡俊等，2008；王勇等，2002），在室內(nèi)進(jìn)行模擬現(xiàn)場培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)為模擬現(xiàn)場環(huán)境或控制適宜培養(yǎng)條件通常需要控制光照（韋桂秋，2006；鄧華健等，2004），本文光照強(qiáng)度的設(shè)置主要考慮將其控制在浮游植物生長的適宜范圍。一般而言，在一定范圍內(nèi)，浮游植物的光合作用隨著光照的增強(qiáng)而增強(qiáng)，但達(dá)到一定強(qiáng)度（飽和光強(qiáng)）后，光強(qiáng)的增加不再具有促進(jìn)作用，反而會(huì)對(duì)光合作用產(chǎn)生抑制，浮游植物最適宜的光強(qiáng)范圍一般在 2 000～10 000 lux（鄧華健 等，2004；孫霞，2005）。本文參照此規(guī)律及相關(guān)研究結(jié)果并考慮了水深的影響，選用了6 000 lux。12-12 h的明暗周期是比較常見的模擬實(shí)際光照的方法。

每天固定時(shí)間混合水樣3次，防止浮游植物聚集。培養(yǎng)周期為14 d。本文浮游植物培養(yǎng)周期的設(shè)置主要參考了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。文獻(xiàn)表明，加富培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的培養(yǎng)周期通常在3～12 d不等（王曉偉等，2007；胡俊等，2008；鄧華健等，2004），或動(dòng)態(tài)的指定到某一生長階段（如指數(shù)生長期/最大增值期第4 d）（韋桂秋，2006），本文考慮到實(shí)驗(yàn)初期的生長延遲現(xiàn)象，最終確定培養(yǎng)周期為14 d。浮游植物培養(yǎng)周期的選取主要與浮游植物的生長周期有關(guān)，應(yīng)盡量使二者相吻合，能在培養(yǎng)期間清楚地觀察到整周期的生長變化。

營養(yǎng)鹽添加時(shí)，硝酸鹽、磷酸鹽和硅酸鹽分別以KNO3、KH2PO4、Na2SiO3形式進(jìn)行添加。采樣和實(shí)驗(yàn)所用器具使用前均使用HCl漬洗和海水潤洗。

1.2.1 實(shí)驗(yàn)一：營養(yǎng)鹽限制類型的加富培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)

當(dāng)浮游植物受到某種營養(yǎng)鹽限制時(shí)，人為添加這種營養(yǎng)鹽，會(huì)促進(jìn)浮游植物的生長。把一種和多種營養(yǎng)鹽加入到一定水體中，通過觀察比較浮游植物的生長情況，判斷其中的營養(yǎng)鹽限制情況，是用加富培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)判定營養(yǎng)鹽限制類型的原理和設(shè)計(jì)依據(jù)。這種判定方法也稱AGP（Algal Growth Potential，藻類增長潛力）法（韋桂秋，2006）。

無機(jī)氮（硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮）、磷酸鹽和硅酸鹽是對(duì)海洋浮游植物生長最重要的幾種營養(yǎng)鹽。陸源排放是渤海灣營養(yǎng)鹽的主要來源，近年來渤海灣營養(yǎng)鹽陸源污染嚴(yán)重、比例失調(diào)，近岸海域水體營養(yǎng)鹽的比例和含量發(fā)生了較大變化（闞文靜等，2010），實(shí)驗(yàn)一即為驗(yàn)證水體營養(yǎng)鹽的比例和含量發(fā)生變化的情況下，浮游植物的營養(yǎng)鹽限制類型是否也發(fā)生變化。

本實(shí)驗(yàn)中，為判定原水樣的營養(yǎng)鹽限制類型，對(duì)水樣進(jìn)行了硝酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽的單一和全部添加（表1）。在浮游植物適宜范圍內(nèi)，在系統(tǒng)本底濃度的基礎(chǔ)上按倍數(shù)增大營養(yǎng)鹽的濃度是加富培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的一種常見的營養(yǎng)鹽添加方式，文獻(xiàn)中的增大倍數(shù)在2倍（鄒立等，2001）、10倍（劉媛等，2004；王曉偉等，2007）和100倍（王曉偉等，2007）不等。本文營養(yǎng)鹽的添加量也是依據(jù)營養(yǎng)鹽的本底濃度確定的。其中氮鹽增大為本地濃度的30倍左右，磷酸鹽增大為本底濃度的20倍左右，硅酸鹽增大為本底濃度的15倍左右，進(jìn)行取整，并考慮了同時(shí)添加時(shí)各營養(yǎng)鹽濃度的比值接近Redfield比。

表1 實(shí)驗(yàn)一加富方案

1.2.2 實(shí)驗(yàn)二：氮磷比生態(tài)響應(yīng)的加富培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)為考察不同氮磷比對(duì)于浮游植物生長的影響，在保證營養(yǎng)鹽絕對(duì)值充足的情況下（Fisher et al，1999；Nelson et al，1995），添加和控制硝酸鹽濃度為一定水平，變化磷酸鹽濃度，設(shè)計(jì)了8個(gè)實(shí)驗(yàn)組（表2），代表8種不同的氮磷比水平。各實(shí)驗(yàn)組濃度梯度的選取主要考慮了普遍條件下適宜浮游植物生長的氮磷比范疇和渤海灣常見的氮磷比范疇（蒲新明 等，2000；Hodgkiss et al，1997；Zou et al，1985；沈志良，1999；闞文靜等，2010），并考慮了添加和測定的精度要求。

1.2.3 實(shí)驗(yàn)三：硝酸鹽添加方式生態(tài)響應(yīng)的加富培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)了4組對(duì)照實(shí)驗(yàn)，考察硝酸鹽一次性添加和硝酸鹽連續(xù)性添加情況下，浮游植物生態(tài)響應(yīng)的差異（表3）。其中，硝酸鹽一次性添加是模擬沖擊性高負(fù)荷排污情況，連續(xù)性添加是模擬持續(xù)性低負(fù)荷排污情況。這里，營養(yǎng)鹽的連續(xù)性添加是指，將與一次性添加等量的營養(yǎng)鹽均勻地分7天連續(xù)添加，每日藥量的計(jì)算中考慮了每日取樣量對(duì)體積的影響。這里控制磷酸鹽濃度一定，考察硝酸鹽添加的影響主要是基于近年來渤海灣氮污染嚴(yán)重的特點(diǎn)（闞文靜等，2010）。

表2 實(shí)驗(yàn)二加富方案

表3 實(shí)驗(yàn)三加富方案

1.3 分析方法

2 結(jié)果與討論

2.1 原水樣水質(zhì)

原水樣中溶解無機(jī)氮濃度為20.68 μmol/L，其中：硝酸鹽濃度為16.58 1 μmol/L，亞硝酸鹽濃度為 2.356 μmol/L，氨氮濃度為 1.746 μmol/L。水樣中磷酸鹽濃度0.24 μmol/L，硅酸鹽濃度4.58 μmol/L（表1）。原水樣中葉綠素a濃度為1.05 μg/L，浮游植物細(xì)胞密度為1 080 cells/L，主要有甲藻和硅藻，數(shù)量占優(yōu)勢的藻種為叉狀角藻和園篩藻。在水樣運(yùn)輸過程中，可能出現(xiàn)少量浮游植物死亡，釋放營養(yǎng)鹽的情況。

2.2 營養(yǎng)鹽限制類型

培養(yǎng)期間，單一添加營養(yǎng)鹽的各組中，添加磷酸鹽的1-3組葉綠素a濃度和浮游植物細(xì)胞密度的增長狀況最顯著，在培養(yǎng)的前8天時(shí)間里，1-3組葉綠素a濃度和浮游植物細(xì)胞密度的變化趨勢最接近于營養(yǎng)鹽全部添加的1-5組。其中，1-3組葉綠素a濃度峰值為空白對(duì)照組1-1組的2.48倍，達(dá)到營養(yǎng)鹽全加組1-5組同期濃度的48%，其細(xì)胞密度峰值為1-1組的1.66倍，達(dá)到1-5組同期密度的72%，這里只給出了細(xì)胞密度的變化趨勢（圖1（a））。同時(shí)，各組磷酸鹽都出現(xiàn)了明顯的消耗，在沒有磷酸鹽添加的情況下都是最早被耗盡（圖1（b））。硅酸鹽的消耗也較顯著，在沒有硅酸鹽添加的各組中，最終都趨于耗盡，耗盡時(shí)間僅晚于磷酸鹽（圖1（c））。培養(yǎng)期間，各組溶解無機(jī)氮濃度波動(dòng)較大，總體變化不明顯。從浮游植物生長和營養(yǎng)鹽消耗的特征來看，該水樣為磷限制。

同時(shí)，對(duì)原水樣營養(yǎng)鹽濃度進(jìn)行對(duì)比分析表明，若以Fisher（1999）或Nelson（1995）的閾值標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定氮、磷、硅營養(yǎng)鹽都不構(gòu)成限制，若以Justic（1995）和Dortch（1992）的比例關(guān)系評(píng)定，則該水樣接近于磷限制（Si∶P=19.08，DIN∶P=86.17），這與上述培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)論基本一致。

綜合以往我國不同海域的實(shí)驗(yàn)成果表明，氮和磷是這些海域主要的限制性營養(yǎng)鹽，營養(yǎng)鹽限制特性具有明顯的時(shí)空差異性（表4）。同時(shí)，由于近岸地化過程和人類活動(dòng)的影響，近岸海域營養(yǎng)鹽限制特性通常呈現(xiàn)一定的復(fù)雜性（張平等，2001）。磷限制通常發(fā)生在沿岸和較封閉海域（劉慧等，2002），我國曾發(fā)現(xiàn)磷限制的海域包括渤海萊州灣附近（鄒立等，2001）、大亞灣的灣中和灣頂（王曉偉等，2007）和東海長江口附近站位（劉媛等，2004）。近年來，由于排污，一些近岸海域出現(xiàn)了營養(yǎng)鹽濃度增高比例失調(diào)，營養(yǎng)鹽限制特性發(fā)生轉(zhuǎn)變的情況。如對(duì)膠州灣進(jìn)行的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)（王勇等，2002）和營養(yǎng)鹽濃度分析（張均順等，1997）表明，膠州灣水體正在趨向于硅限制。渤海灣，屬典型的緩坡淤泥質(zhì)半封閉淺海海灣，水交換能力弱，自凈能力差。近年來隨著沿岸經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，渤海灣營養(yǎng)鹽的含量和比例發(fā)生了顯著的變化，表層海水氮磷比和硅磷比增加，硅氮比較穩(wěn)定，且小于1，近年來渤海灣浮游植物可能正在從氮限制逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榱紫拗苹蚬柘拗疲R文靜等，2010）。本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與此前報(bào)道基本一致。

圖1 實(shí)驗(yàn)一 培養(yǎng)期間細(xì)胞密度和營養(yǎng)鹽濃度的變化趨勢

2.3 不同氮磷比的生態(tài)響應(yīng)

對(duì)各組在培養(yǎng)期間葉綠素a濃度、浮游植物細(xì)胞密度的變化趨勢進(jìn)行了對(duì)比，并對(duì)前八天時(shí)間里不同氮磷比對(duì)應(yīng)的葉綠素a濃度最大值和細(xì)胞密度最大值進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。差異較顯著的前五組的細(xì)胞密度隨時(shí)間的變化的情況如圖2（a）所示（后3組的細(xì)胞密度總體水平較低，差異不顯著，這里沒有給出）。各組細(xì)胞密度最大值與對(duì)應(yīng)氮磷比的關(guān)系如圖2（b）所示。

結(jié)果表明，葉綠素a濃度和浮游植物細(xì)胞密度的增長總體上隨磷酸鹽濃度的升高和氮磷比的降低而增大，并在5-15附近增長最顯著，這個(gè)范圍可以判定為該實(shí)驗(yàn)條件下浮游植物生長的最適宜氮磷比，這個(gè)氮磷比的范圍與香港海域主要赤潮藻種的最適宜氮磷比4-16的范圍接近（Ho et al，1993）。相比于Redfield比，這個(gè)最佳氮磷比范圍偏低，這可能與樣品中甲藻較多有關(guān)，甲藻對(duì)磷的需求量更大，適宜低氮磷比的環(huán)境（蕭樸云等，2009）。另外，本次實(shí)驗(yàn)是在不添加硅酸鹽、氮硅比較高（DIN∶DISi=13.1）的情況下進(jìn)行的，可能存在硅的相對(duì)不足而限制硅藻的生長。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)可以推測，如果渤海灣磷酸鹽濃度增大，氮磷比降低，渤海灣的富營養(yǎng)化可能造成更為嚴(yán)重的后果，這從另一方面體現(xiàn)了磷的限制作用。

相對(duì)于以往的研究（唐松等，2010），本次實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)了較好的規(guī)律性，這可能與本實(shí)驗(yàn)中控制無機(jī)氮、硅酸鹽初始濃度相同，系統(tǒng)條件相對(duì)一致有關(guān)，同時(shí)實(shí)驗(yàn)中營養(yǎng)鹽濃度偏離正常值較多，這可能促進(jìn)了少數(shù)耐污種類的生長，降低了浮游植物的多樣性，從而使響應(yīng)更單一，這雖然與現(xiàn)實(shí)情況有所偏差，但是可以更清晰地反映浮游植物的響應(yīng)規(guī)律。營養(yǎng)鹽變化對(duì)浮游植物種類的影響還有待進(jìn)一步研究。

2.4 不同硝酸鹽添加方式的生態(tài)響應(yīng)

對(duì)各對(duì)照組在培養(yǎng)期間葉綠素a濃度、浮游植物細(xì)胞密度和營養(yǎng)鹽的濃度變化進(jìn)行了兩兩對(duì)比。生長較顯著的3-2組（3-2-1、3-2-2）的情況如圖3所示。其他3個(gè)對(duì)照組的變化規(guī)律基本相似，但沒有3-2組浮游植物的生長顯著、差異明顯，這里沒有給出。對(duì)照組間的這種差異可能與營養(yǎng)鹽條件不同有關(guān)，3-2組的磷酸鹽含量和氮磷比均適宜浮游植物的生長；3-1組雖然氮磷比適宜，但磷酸鹽含量偏低；3-3與3-4組無機(jī)氮源充足但氮磷比偏高，故3-2組浮游植物的生長更顯著。

表4 國內(nèi)近岸海域加富培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)研究及其成果

圖2 實(shí)驗(yàn)二 培養(yǎng)期間細(xì)胞密度的變化趨勢和細(xì)胞密度最大值與氮磷比的關(guān)系

結(jié)果表明，在其他條件相同的情況下，硝酸鹽分七天連續(xù)添加時(shí)相對(duì)于一次性添加時(shí)能達(dá)到更高的葉綠素a濃度和浮游植物細(xì)胞密度。在浮游植物生長旺盛時(shí)期，連續(xù)性添加組的磷酸鹽較一次性添加組的磷酸鹽吸收快、濃度低。硝酸鹽濃度變化的波動(dòng)較大，但前期連續(xù)性添加組濃度逐漸攀升的趨勢明顯。在培養(yǎng)前期，由于營養(yǎng)鹽添加方式的不同，連續(xù)性添加組的氮磷比低于同期一次性添加組的氮磷比，按上文給出的規(guī)律，這可能促進(jìn)了連續(xù)性添加組磷的吸收和低氮磷比浮游植物的生長，但這種優(yōu)勢隨著硝酸鹽的連續(xù)添加會(huì)逐漸縮小。同時(shí)，在培養(yǎng)的后期連續(xù)性添加組維持了較高的硝酸鹽濃度水平，這對(duì)于后期浮游植物的生長可能也是有利的。

該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明低濃度長期持續(xù)性氮污染可能會(huì)比高濃度沖擊性氮污染更有效地刺激浮游植物的增長，從而造成更嚴(yán)重的生態(tài)影響。同時(shí)該結(jié)果也表明在本實(shí)驗(yàn)條件下，用以往的一次性添加培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)可能會(huì)低估浮游植物的增長潛力。

2.5 與渤海灣海域?qū)嶋H狀況的比較

為分析自然狀況下該海域營養(yǎng)鹽變化時(shí)浮游植物的變化情況，對(duì)20世紀(jì)50年代末至21世紀(jì)初渤海灣水體營養(yǎng)鹽和浮游植物的幾次大規(guī)模調(diào)查研究進(jìn)行了搜集整理（表5和表6）。綜合結(jié)果表明，半個(gè)世紀(jì)以來渤海灣氮磷營養(yǎng)鹽含量整體上呈現(xiàn)增長的趨勢，尤其是近年來溶解無機(jī)氮增長很快，而水體磷酸鹽濃度得到一定控制，結(jié)果造成水體氮磷比逐年增大，明顯偏離了Rieldfied比，水體基本處于磷限制。同期，渤海灣浮游植物的生態(tài)特性也發(fā)生了較大變化，浮游植物細(xì)胞豐度增大，多樣性降低，組成更單一，且時(shí)空分布極不均勻。水體營養(yǎng)鹽濃度和比例結(jié)構(gòu)的變化可能是造成浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化的一個(gè)直接原因，而根本的原因還是受到陸源污染的影響。

圖3 實(shí)驗(yàn)三 培養(yǎng)期間細(xì)胞密度和營養(yǎng)鹽濃度的變化趨勢

本文在控制條件下，對(duì)渤海灣西南部海域典型站位表層水體進(jìn)行了模擬現(xiàn)場的加富培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，研究了水體的營養(yǎng)鹽限制類型以及不同氮磷比和不同硝酸鹽添加方式的生態(tài)響應(yīng)。結(jié)果表明水體處于磷限制，這與海域的實(shí)際情況一致。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在保持氮充足的情況下變化磷酸鹽濃度時(shí)，較低的氮磷比（5-15）更能促進(jìn)浮游植物的生長，根據(jù)該結(jié)論可以推測，如果渤海灣磷酸鹽濃度增大，氮磷比降低，渤海灣的富營養(yǎng)化可能造成更為嚴(yán)重的生態(tài)后果。近年來，伴隨著水體氮磷比增大，渤海灣浮游植物也出現(xiàn)了總量增大的趨勢，這主要還是受多種營養(yǎng)鹽，尤其是氮污染加劇的影響，與本文實(shí)驗(yàn)條件的情況是不同的。對(duì)于不同排污方式實(shí)際影響的研究目前還未見報(bào)道，因此沒有進(jìn)行對(duì)比分析。

圖3 實(shí)驗(yàn)三 培養(yǎng)期間細(xì)胞密度和營養(yǎng)鹽濃度的變化趨勢

表6 渤海灣浮游植物生態(tài)特性的歷史變化

本文只是針對(duì)一個(gè)站位一次采樣的研究，可能存在一定的偶然性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不能完全代表海域的實(shí)際情況，但是在一定條件下揭示了浮游植物生長的重要規(guī)律，對(duì)于預(yù)測和控制海域富營養(yǎng)化具有重要意義。在進(jìn)一步的研究中應(yīng)加大采樣范圍和密度，同時(shí)采用更貼近現(xiàn)場環(huán)境的培養(yǎng)條件，并對(duì)浮游植物的種類變化加以細(xì)致的研究。

3 結(jié)論

2010年10月，對(duì)渤海灣西南部海域典型站位表層水體進(jìn)行了營養(yǎng)鹽添加的模擬現(xiàn)場培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)判定了水樣的營養(yǎng)鹽限制類型，并在控制條件下，研究了不同氮磷比和不同硝酸鹽添加方式的生態(tài)響應(yīng)，得到結(jié)果如下：

（1）單一添加磷酸鹽的實(shí)驗(yàn)組浮游植物生長最明顯，且空白對(duì)照組磷酸鹽最早被耗盡，水樣體現(xiàn)了磷限制的特性。

（2）浮游植物的增長在總體上隨著氮磷比的降低而增大，最適宜氮磷比在5～15左右，略低于Redfield比。

（3）硝酸鹽的連續(xù)性添加比一次性添加更有利于浮游植物的生長，相對(duì)于高濃度沖擊性氮污染，低濃度持續(xù)性氮污染可能會(huì)產(chǎn)生更嚴(yán)重的生態(tài)影響，此處用一次性添加培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)可能會(huì)低估浮游植物的增長潛力。

了解海域的營養(yǎng)鹽限制特性對(duì)于海域水生態(tài)環(huán)境管理和修復(fù)具有重要的理論和實(shí)際意義，對(duì)于渤海灣的研究還需要大量和長期的實(shí)驗(yàn)積累，本次實(shí)驗(yàn)只是一個(gè)開始。但作為方法的創(chuàng)新，本文特色鮮明，在判定水樣營養(yǎng)鹽限制類型的基礎(chǔ)上，對(duì)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，研究了水樣中浮游植物群落對(duì)于不同氮磷比和不同硝酸鹽添加方式的生態(tài)響應(yīng)，并得到了較合理的結(jié)果。在進(jìn)一步的研究中應(yīng)加大采樣范圍和密度，同時(shí)采用更貼近現(xiàn)場環(huán)境的培養(yǎng)條件，并對(duì)浮游植物的種類變化加以細(xì)致的研究。

致謝感謝國家海洋局天津海洋環(huán)境監(jiān)測站的石海明、徐玉山等同志在采樣期間的幫助。感謝天津大學(xué)和河北工程大學(xué)的徐曉甫、孫嬌、賈麗英、劉娟、劉巨波等同學(xué)在實(shí)驗(yàn)期間的幫助與支持。

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